RS232 is een van de meest gebruikte technieken om externe apparatuur met computers te verbinden. RS232 is een seriële communicatiestandaard ontwikkeld door de Electronic Industry Association (EIA) en Telecommunications Industry Association (TIA).
RS232 definieert de signalen die verbinden tussen DTE en DCE. Hier staat DTE voor Data Terminal Equipment en een voorbeeld voor DTE is een computer., DCE staat voor Data Communication Equipment of data Circuit Terminating Equipment en een voorbeeld voor DCE is een modem.
RS232 werd geïntroduceerd in de jaren 1960 en was oorspronkelijk bekend als EIA Recommended Standard 232. RS232 is een van de oudste seriële communicatiestandaarden met gegarandeerde eenvoudige connectiviteit en compatibiliteit tussen verschillende fabrikanten. Oorspronkelijk zijn de DTE ’s in RS32 elektromechanische typemachines en DCE’ s modems.
RS232 maakt gebruik van seriële communicatie, waarbij één Bit gegevens tegelijk wordt verzonden langs een enkele gegevensregel., Dit is in tegenstelling tot parallelle communicatie, waar meerdere bits van gegevens worden verzonden op een moment met behulp van meerdere data lijnen.
het voordeel van seriële communicatie ten opzichte van parallelle communicatie is dat het aantal draden dat nodig is om een full-duplex datatransmissie te maken zeer kleiner zal zijn (twee draden zijn voldoende zonder rekening te houden met elektrische leidingen).,
RS232 is een de facto standaard voor computer-en instrumentatieapparatuur geworden sinds het in 1962 door Meia werd gestandaardiseerd en als gevolg daarvan werd het de meest gebruikte communicatiestandaard.
maar het belangrijkste nadeel van de RS232-standaard is datasnelheid en lengte van de kabel. RS232 ondersteunt een maximale baudrate van 19200 bps en de maximale lengte van de kabel is 20 meter.
Outline
Wat is RS232?,
officieel wordt de RS232-standaard EIA / TIA – 232 genoemd en gedefinieerd als de interface tussen een DTE en een DCE-apparaat dat gebruik maakt van seriële binaire gegevensuitwisseling. RS232 wordt als een passende norm beschouwd., Dit komt omdat RS232 ervoor zorgt dat er geen conflict is tussen de DTE-en DCE-apparaten door het specificeren van:
- elektrische specificaties
- mechanische specificaties
- functionele specificaties en
- procedurele SPECIFICATIES
al deze specificaties leveren ons verschillende parameters zoals algemene spanningsniveaus, signaalniveaus, specificaties voor de pin-bedrading, besturingsgegevens tussen het host-apparaat en zijn randapparatuur, enz. Laten we eens kijken over de verschillende specificaties in detail.,
elektrische kenmerken
De elektrische kenmerken van RS232 definieert de specificaties met betrekking tot spanningsniveaus, lijnimpedantie en snelheid van verandering van signaalniveaus.
spanningsniveaus
RS232 werd lang voor de TTL-logica gedefinieerd en daarom is het niet onverwacht dat RS232 de TTL-specifieke 5V-en GND-logische niveaus niet gebruikt.
de logica ” 1 “in RS232 wordt beschreven als zijnde in het spanningsbereik van-15V tot-3V en logica” 0 “wordt beschreven als het spanningsbereik van +3V tot +15V, d.w.z. de lage spanning is logica” 1 “en de hoge spanning is logica “0”.,
typisch is de logica ‘ 1 ‘in RS232-12V en logica’ 0 ‘+12V. alle bovengenoemde spanningen zijn met betrekking tot een gemeenschappelijke grond’ GND ‘ pin. Elke spanning tussen-3V en + 3V wordt beschouwd als een ongedefinieerde logische toestand.
historisch gezien wordt logica’ 1 ‘(- 15V tot-3V) aangeduid als markering en logica’ 0 ‘ (+3V tot +15V) wordt aangeduid als spatiëring.
zwenksnelheid
het andere belangrijke elektrische kenmerk is de veranderingssnelheid van signaalniveaus, d.w.z. de zwenksnelheid. De maximale zwenksnelheid in RS232 is beperkt tot 30V/µs., Ook wordt een maximale bitsnelheid van 20 Kbps gedefinieerd.
deze beperkingen van de standaard helpen bij het verminderen van de cross-talk met aangrenzende signalen.
Lijnimpedantie
De lijnimpedantie, d.w.z. de impedantie van de draad tussen de DTE-en DCE-apparaten, moet ongeveer 3Ω tot 7Ω bedragen.
ook bepaalt de oorspronkelijke RS232-norm de maximale lengte van de kabel als 15 meter, maar de herziene normen specificeren de maximale lengte in termen van capaciteit per lengte-eenheid.,
mechanische specificaties
De mechanische specificaties van RS232 hebben betrekking op de mechanische interface van de norm. De RS232-standaard specificeert een 25 – pins D-type connector om de volledige functionaliteit van RS232 te ondersteunen.
de volgende afbeelding toont een DB25-Connector. Het DTE-apparaat maakt gebruik van een vrouwelijke buitenste behuizing met mannelijke pinnen en het DCE-apparaat maakt gebruik van een mannelijke buitenste behuizing met vrouwelijke pinnen.
er zijn drie soorten signalen in RS232. Ze zijn data, controle en grond., De volgende tabel toont de lijst van pinnen, hun richting in communicatie samen met hun Signaaltype.
aangezien de elektronische apparatuur en apparaten steeds kleiner worden, hebben we geen ruimte voor grotere connector zoals DB25 en de meest voorkomende toepassingen vereisen niet alle 25 pinnen in de connector. Vandaar, een verminderde functie 9 – pins connector wordt vaak gebruikt.
de 9-pins connector wordt DE-9 genoemd (vaak ten onrechte DB-9 genoemd) en het is een D – type subminiatuur (D – Sub) connector., De volgende afbeelding toont de de-9 mannelijke en vrouwelijke connectoren.
de pinnen in de de-9-connector, hun namen en beschrijving worden gegeven in de volgende tabel.
functionele specificaties
aangezien RS232 als een volledige standaard wordt beschouwd, definieert het meer dan elektrische en mechanische eigenschappen. De RS232-standaard definieert ook de functies van verschillende signalen die in de interface worden gebruikt.
De signalen worden geclassificeerd als: gemeenschappelijke signalen, Data -, Timing-en Regelsignalen.,
procedurele SPECIFICATIES
de procedurele specificaties van RS232 specificeren de volgorde van de handelingen die moeten worden uitgevoerd wanneer een DTE en DCE zijn verbonden.
stel dat een computer (DTE) is aangesloten op een Modem (DCE) via de RS232-interface. Om gegevens van computer naar Modem te verzenden, moet de volgende procedure worden gevolgd.
- wanneer Modem (DCE) klaar is om te ontvangen, zal het een DCE klaar signaal sturen.
- wanneer de computer (DTE) klaar is om de gegevens te verzenden, stuurt hij een RTS-signaal (Ready to Send).,
- het Modem (DCE) stuurt dan een Clear to Send (CTS) signaal om aan te geven dat gegevens per computer (DTE) kunnen worden verzonden.
- ten slotte verzendt de Computer (DTE) gegevens op de TD-lijn (Transmit Data) naar het Modem (DCE).
Opmerking: Dit is geen exacte procedure, maar vergelijkbaar met de eigenlijke procedure.
praktische implementatie van RS232
de spanningsniveaus van RS232 verschillen sterk van de meeste systemen die vandaag zijn ontworpen. Vandaar, we hebben een level converter van sommige soorten om RS232 interface te implementeren., Deze taak wordt uitgevoerd door dedicated level converter ICs zoals MAX232 by Maxim Integrated bijvoorbeeld.
Deze ICs nemen de RS232 signalen in en genereren een ttl niveau voltages. Deze ICs draaien ook de signalen om, aangezien de laagspanningsniveaus in RS232 logisch ‘1’ zijn en de hoogspanningsniveaus in RS232 logisch ‘0’zijn. De volgende afbeelding toont de implementatie van RS232 Driver in een realtime applicatie.,
hier genereert en ontvangt de UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) de nodige signalen voor seriële communicatie en is de RS232 Driver verantwoordelijk voor het omzetten van signalen tussen TTL en RS232 interface.
het in dit voorbeeld genoemde communicatiesysteem is van asynchroon type en vereist synchronisatiebits, d.w.z. Start en Stop, en foutcontrolebit, d.w.z. pariteit., De UART in het bovenstaande voorbeeld is verantwoordelijk voor het genereren van de Start, Stop en pariteit bits bij het verzenden van de gegevens en ook het detecteren van fouten tijdens het ontvangen van gegevens.
de volgende afbeelding illustreert een typische RS232-toepassing tussen een Computer en een Modem. Hier is de PC of Computer de DTE en de Modem de DCE.
de Computer en het Modem communiceren met elkaar via de RS232-interface en de communicatie tussen de modems wordt tot stand gebracht met behulp van telecommunicatieverbindingen.,
Hoe werkt RS232?
in RS232 worden de gegevens serieel in één richting over een enkele gegevensregel verzonden. Om tweerichtingscommunicatie tot stand te brengen, hebben we ten minste drie draden (RX, TX en GND) naast de besturingssignalen nodig. Een byte van gegevens kan op elk moment worden verzonden mits de vorige byte al is verzonden.
RS232 volgt asynchrone communicatieprotocol, d.w.z. Er is geen kloksignaal om zender en ontvanger te synchroniseren., Vandaar, het gebruikt start en stop bits om de ontvanger te informeren wanneer om gegevens te controleren.
Er is een vertraging van bepaalde tijd tussen de transmissies van elk bit. Deze vertraging is niets anders dan een inactieve status dat wil zeggen het signaal is ingesteld op logica ‘ 1 ‘ dat wil zeggen-12V (als je je herinnert, logica ‘1’ in RS232 is-12V en logica ‘0’ is +12V).
eerst stuurt de zender, d.w.z. de DTE, een startbit naar de ontvanger, d.w.z. de DCE, om hem te informeren dat de gegevensoverdracht vanaf het volgende bit begint. De Start bit is altijd ‘ 0 ‘ dus +12V. de volgende 5 tot 9 karakters zijn data bits.,
als pariteitsbit wordt gebruikt, kunnen maximaal 8 bits worden verzonden. Als pariteit niet wordt gebruikt, kunnen 9 gegevensbits worden verzonden. Nadat de gegevens zijn verzonden, stuurt de zender de stopbits. Het kan 1 bit of 1.5 bits of 2 bits lang zijn. De volgende afbeelding toont het frame formaat van het RS232 protocol.
hoewel RS232 als een volledige norm wordt beschouwd, houden veel fabrikanten zich mogelijk niet aan de normen. Sommige fabrikanten kunnen de volledige specificaties implementeren en sommige implementeren slechts een gedeeltelijke specificatie.,
de reden achter deze variatie in implementatie van de RS232-standaard is dat niet alle apparaten en toepassingen de volledige specificaties en functionaliteit van het RS232-Protocol vereisen. Bijvoorbeeld, een seriële Modem die RS232 gebruikt kan meer besturingslijnen vereisen dan een seriële muis die een seriële poort gebruikt.
Hoe verzendt of ontvangt de zender en ontvanger, die mogelijk andere specificaties gebruiken, de gegevens dan met succes? Een proces genaamd Handshaking wordt gebruikt voor dit doel.,
Handshaking is een proces waarbij de parameters van een communicatie tussen zender en ontvanger dynamisch worden ingesteld voordat de communicatie begint.
de behoefte aan handshaking wordt bepaald door de snelheid waarmee de zender (DTE) de gegevens verzendt, de snelheid waarmee de ontvanger (DCE) de gegevens ontvangt en de snelheid waarmee de gegevens worden verzonden.
in een asynchrone datatransmissiesysteem kunnen geen handshaking, hardware-handshaking en software-handshaking plaatsvinden.,
No Handshaking
als handshaking niet wordt gebruikt, moet de ontvanger (DCE) de gegevens lezen die al door hem zijn ontvangen voordat de zender (DTE) de volgende gegevens verzendt. Hiervoor gebruikt de ontvanger een speciale geheugenlocatie genaamd Buffer en omdat het wordt gebruikt aan het einde van de ontvanger, wordt het Receiver Buffer genoemd.
de ontvangen gegevens worden opgeslagen in de buffer voordat deze door de ontvanger wordt gelezen., De Ontvangerbuffer kan doorgaans een enkel Bit gegevens opslaan en deze gegevens moeten worden gewist (gelezen) voordat de volgende gegevens binnenkomen en als deze niet wordt gewist, worden de bestaande gegevens overschreven met de nieuwe gegevens.
de volgende afbeelding toont een typische transmissie en ontvangst van gegevens met behulp van zender-en ontvangerbuffers. In deze setup heeft de ontvanger met succes de eerste drie bits data gelezen, maar niet het vierde bit. Vandaar, het volgende bit dat wil zeggen het vijfde bit zal het vierde bit overschrijven en het vierde bit is verloren.,
om dit soort situaties te vermijden, hebben we een soort Handshaking mechanisme nodig (Software of Hardware Handshaking).
Hardware Handshaking
bij Hardware Handshaking vraagt de zender eerst aan de ontvanger of hij klaar is om de gegevens te ontvangen. De ontvanger controleert dan zijn buffer en als de buffer leeg is, zal hij de zender vertellen dat hij klaar is om te ontvangen.
de zender verzendt de gegevens en wordt in de ontvangerbuffer geladen., Gedurende deze tijd, vertelt de ontvanger de zender om geen verdere gegevens te verzenden totdat de gegevens in de buffer door de ontvanger zijn gelezen.
Het RS232 – Protocol definieert vier signalen voor Handshaking:
- Ready to Send (RTS)
- Clear to Send (CTS)
- Data Terminal Ready (DTR) en
- Data Set Ready (DSR)
de volgende afbeelding toont de verbinding tussen een 9 – pins zender (DTE) en een 25 – pins ontvanger (DCE) en een 9 – pins ontvanger (DCE) – pin zender en een 9-pin ontvanger in hardware handshaking modus.,
met behulp van Hardware Handshaking, de gegevens van de zender wordt nooit verloren of overschreven in de ontvanger buffer. Wanneer de zender (DTE) data wil verzenden, trekt hij de RTS (Ready to Send) lijn naar hoog.
dan wacht de zender op CTS (Clear to Send) om hoog te gaan en daarom blijft hij het monitoren. Als de CTS lijn laag is, betekent dit dat de ontvanger (DCE) bezet is en nog niet klaar is om gegevens te ontvangen.
wanneer de ontvanger klaar is, trekt hij de CTS lijn naar hoog. De zender verzendt dan de gegevens., Deze methode wordt ook wel RTS/CTS Handshaking genoemd.
daarnaast zijn er nog twee andere draden gebruikt bij Handshaking. Ze zijn DTR (Data Terminal Ready) en DSR (Data Set Ready). Deze twee signalen worden door de DTE en DCE gebruikt om hun individuele status aan te geven. Vaak worden deze twee signalen gebruikt in modem communicatie.
de nieuwere standaarden van RS232 definiëren een 8 signaal Hardware Handshaking.
Software Handshaking
Software Handshaking in RS232 omvat twee speciale tekens voor het starten en stoppen van de communicatie., Deze karakters zijn X-ON en X-OFF (zender aan en zender uit).
wanneer de ontvanger een X-OFF-signaal verzendt, stopt de zender met het verzenden van de gegevens. De zender begint pas met het verzenden van gegevens nadat hij het X-ON signaal heeft ontvangen.
beperkingen van RS232
- RS232 Protocol vereist een gemeenschappelijke grond tussen de zender (DTE) en ontvanger (DCE). Vandaar de reden voor kortere kabels tussen DTE en DCE in RS232 Protocol.
- het signaal in de lijn is zeer gevoelig voor ruis. Het geluid kan intern of extern zijn.,
- bij een toename van de baudrate en de lengte van de kabel is er een kans dat de capaciteit tussen de kabels elkaar kruist.
- de spanningsniveaus in RS232 zijn niet compatibel met moderne TTL-of CMOS-logica ‘ s. We hebben een externe level converter nodig.
toepassingen
- hoewel RS232 een beroemd serieel communicatieprotocol is, is het nu vervangen door geavanceerde protocollen zoals USB.
- voorheen werden ze gebruikt voor seriële terminals zoals Mouse, Modem etc.,
- maar RS232 wordt nog steeds gebruikt in sommige Servo Controllers, CNC Machines, PLC machines en sommige microcontroller boards gebruiken het RS232 Protocol.